JP2019517172A - Nfc対応無線プロセス通信ゲートウェイ - Google Patents

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Abstract

フィールドデバイスを無線プロセス通信ネットワークに接続する方法が提供される。方法は、無線フィールドデバイスを無線ゲートウェイに近接させることを含む。方法はまた、無線ゲートウェイと関連したNFCトランシーバと無線フィールドデバイスと関連したNFCタグとの間の接続を確立することを含む。方法はまた、無線フィールドデバイスアクセス情報を交換するために無線ゲートウェイとフィールドデバイスとの間に近距離無線通信を生成することを含む。方法はまた、無線フィールドデバイスが無線プロセス通信ネットワーク上で通信することを可能にするために無線フィールドデバイスアクセス情報を使用することを含む。NFC通信を使用して無線ゲートウェイで無線プロセス通信アダプタを構成し、次いで構成された無線プロセス通信アダプタをフィールドデバイスに接続する方法も提供される。

Description

背景
任意の数のフィールドデバイスが、1つ以上の進行中のプロセスを監視するためにプロセス施設において使用され得る。例えば、流量計は、施設を通る流速を監視することができ、圧力及び温度センサは、施設を通る異なる点におけるプロセス流体に関する重要な圧力及び温度情報を提供することができる。他のフィールドデバイスは、オペレータが進行中のプロセスを監視するために、他の重要なプロセス変数又は知覚的データを報告することができる。プロセス施設のいくつかの例としては、石油、医薬、化学、パルプ、及び他の流体処理施設が挙げられる。このような施設では、プロセス制御及び測定ネットワークは、このようなデバイスが適切に機能し及び/又は較正されることを保証するために定期的にメンテナンスを必要とする何十又は何百の種々のフィールドデバイスを含むことがあり得る。
いくつかのプロセス施設は、無線ネットワーク上で作動することができる。これはフィールドデバイスとしての施設の管理および設置の間に利点を提供することができ、施設の要素は、ネットワークにアクセスするために別々のネットワーク接続を必要としない。
新しい無線フィールドデバイスは、プロセス環境内において設置されるとき、接続プロセスを通じてネットワークに加えられなければならない。いくつかの状況では、セキュリティは、対称接続キー機構を使用することによって確保される。正しい接続キーがフィールドデバイスにロードされなければならず、その結果、無線フィールドデバイスが他のフィールドデバイス及びゲートウェイによって受け入れられる。安全にフィールドデバイス上にロードされた接続キーが、無線ネットワークから要求されなければならず、その結果、範囲内の別の無線デバイスは、接続キーを受けることができず、接続キーを不正使用することができない。接続キーを手動で各々の新しいフィールドデバイスにロードすることができるが、手動ロードは時間がかかりエラーを起こしがちである。
概要
フィールドデバイスを無線プロセス通信ネットワークに接続する方法が提供される。方法は、無線フィールドデバイスを無線ゲートウェイに近接させることを含む。方法はまた、無線ゲートウェイと関連したNFCトランシーバと無線フィールドデバイスと関連したNFCタグとの間の接続を確立することを含む。方法はまた、無線フィールドデバイスアクセス情報を交換するために無線ゲートウェイとフィールドデバイスとの間に近距離無線通信を生成することを含む。方法はまた、無線フィールドデバイスが無線プロセス通信ネットワーク上で通信することを可能にするために無線フィールドデバイスアクセス情報を使用することを含む。NFC通信を使用して無線ゲートウェイで無線プロセス通信アダプタを構成し、次いで構成された無線プロセス通信アダプタをフィールドデバイスに接続する方法も提供される。
特許請求される実施形態を特徴づけるこれらの及び種々の他の特性及び利点は、以下の詳細な説明を読み、関連する図面を検討することで明らかになるであろう。
本発明の実施形態が有用であり得る例示的なプロセス制御環境を示す。 本発明の実施形態が有用であり得る例示的なプロセス制御環境のフロー図である。 本発明の一実施形態に従った例示的なプロセス制御装置を示す。 本発明の一実施形態に従った例示的な無線ゲートウェイを示す。 本発明の実施形態に従った無線プロセス通信アダプタを構成する方法のフロー図である。
図1は、本発明の実施形態が有用であり得る例示的なプロセス制御環境を示す。図1に示されるプロセス制御/監視システム10は、ホストコンピュータ12、ネットワーク14、無線ネットワーク16、移動構成デバイス30、及びネットワークコンピュータ32を含む。一実施形態では、ネットワーク14は、高速ネットワークである。一実施形態では、無線ネットワーク16は、ゲートウェイ18及び複数の無線フィールドデバイス又はノード20a〜20iを含む。しかしながら、別の実施形態では、少なくともいくつかのフィールドデバイス20a〜20iは、少なくとも一部のネットワーク14に配線され得る。
ゲートウェイ18は、一実施形態では、無線ネットワーク16及び高速ネットワーク14上のホストコンピュータ12とインターフェースする。一実施形態では、無線ネットワーク16は、無線メッシュネットワークである。メッセージは、ホストコンピュータ12からネットワーク14上のゲートウェイ18へ発信され、次いで、一実施形態では、いくつかの異なる経路のうちの1つの、ネットワーク16の選択されたノードへ発信される。同様に、ネットワーク16の個々のノードからのメッセージは、ゲートウェイ18に到着するまで、一実施形態では、ノードからいくつかの経路のうちの1つのノードへ、ネットワーク16を経由し、次いで、ネットワーク14上のホストコンピュータ12へ発信される。しかしながら、別の実施形態では、フィールドデバイス20a〜20iは、ゲートウェイ18と直接、又はホストコンピュータ12若しくはネットワークコンピュータ32と直接通信することが可能である。
ホストコンピュータ12は、一実施形態では、フィールドデバイス20a〜20iへ情報を送信すること並びにフィールドデバイス20a〜20iから受信したメッセージに含まれるデータを分析することを容易にするようにアプリケーションプログラムを実行する分散型制御システムのホストである。ホストコンピュータ12は、例えば、ユーザがフィールドデバイス20a〜20iを監視しフィールドデバイス20a〜20iと相互作用することを可能にするように、AMS(商標)デバイスマネージャをアプリケーションプログラムとして使用することができる。
ゲートウェイ18は、多数の異なる通信プロトコルを使用してネットワーク14上のホストコンピュータ12と通信することができる。例えば、一実施形態では、ネットワーク14は、RS485二線式通信リンクなどの有線ネットワークを含む。一実施形態では、ゲートウェイ18は、MODBUS Protocolを使用してホストコンピュータ12と通信する。しかしながら、他の好適な通信プロトコル、例えばEthernet、OPC、EtherNet/IP又はHART IPが、ゲートウェイ18とホストコンピュータ12との間の通信を容易にするために使用されてもよい。
ゲートウェイ18はまた、ネットワーク14上のユーザが無線ネットワーク16のフィールドデバイス20a〜20iにアクセスしてフィールドデバイス20a〜20iから受信したデータを処理することを可能にするために、ウェブサーバとしての役割を果たすことができる(又は関連するウェブサーバを有することができる)。ウェブサーバによって、ゲートウェイ18を、標準のウェブブラウザ及びネットワーク14への安全なEthernet接続を有するコンピュータを使用して構成することが可能になる。ゲートウェイ18によって生成されたユーザ構成可能な監視ページによって、フィールドデバイス20a〜20iからの測定された値を、グループ分けしてウェブインターフェースで容易に視認することが可能になる。ゲートウェイ18によって生成されたウェブページは、ホストコンピュータ12又はネットワーク14に接続された(コンピュータ32などの)別のコンピュータ若しくはネットワークデバイスを通じてネットワーク14にアクセスすることによって視認され得る。ゲートウェイ18の機能を果たすために好適なデバイスの例は、Rosemount, IncのRosemount 1420無線ゲートウェイである。他の実施形態では、情報は、ウェブブラウザ及びウェブサーバを必要とせずに、他のフォーマットのGUIによって提供され得る。例えば、一実施形態では、情報は、ホストコンピュータ12と関連した外部ディスプレイ上に提供される。別の実施形態では、情報は、携帯型フィールドメンテナンスツール、例えば下で説明されるツール200のユーザインターフェースに表示される。
無線ネットワーク16は、好ましくは、ノードの多くが長寿命バッテリ又は低電力エネルギー抽出電源によって電力を供給される低電力ネットワークである。無線ネットワーク16上の通信は、一実施形態では、メッシュネットワーク構成に従って提供され、メッセージが、ネットワーク16を通じてノードからノードへ送信される。別の実施形態では、無線ネットワーク16上の通信は、フィールドデバイスから意図した宛先、例えばゲートウェイ18又はホストコンピュータ12への直接通信を伴うことができる。しかしながら、メッシュネットワーク構成の使用は、低電力RF無線機の使用を可能にし、ネットワーク16が、メッセージをネットワークの一端から他端へ伝送する大きな物理領域に及ぶことを可能にする。
有線制御/監視システムにおいて、ホストコンピュータとフィールドデバイスとの間の相互作用は、HART(登録商標)、FOUNDATION(商標)、Fieldbus、Profibus又は別の好適なプロトコルなどの制御システム通信プロトコルを通じて配布された周知の制御メッセージを使用して行われる。有線及び無線システムにおいて使用可能なフィールドデバイスは、既知の制御メッセージプロトコルのうちの1つに従った制御メッセージを使用することができる。いくつかの場合には、ネットワーク16上の無線通信が事実上汎用の無線プロトコルに従って行われるので、無線フィールドデバイス20a〜20iは、無線ネットワーク16の一部であるため、これらの周知の制御メッセージをホストコンピュータ12と直接取り交わすことが不可能なことがあり得る。
図2は、本発明の一実施形態に従った例示的なフィールドデバイスを示す。一実施形態では、フィールドデバイス200は、プロセス環境内における進行中のプロセス222に結合して、進行中のプロセス222からプロセス変数に関する知覚的指度を受けるように構成されたプロセス測定ハードウェア220を含む。例えば、プロセス変数の知覚的指度は、プロセス流体温度、圧力、流速に関する情報、又は進行中のプロセスに関係する他の関連した知覚的情報を含むことができる。プロセス測定ハードウェア220は、一実施形態では、電源240によって電力を供給され得る。
一実施形態では、フィールドデバイス200は、例えばIEC62591に従ったデバイスなどの、好適な無線プロセス通信プロトコルを使用する無線プロセス通信ネットワーク16上の他のデバイスと通信することを可能にするように構成された、無線アダプタ230を含む。フィールドデバイス200がネットワーク16に接続されると、無線アダプタ230は、フィールドデバイス200のための一次通信機構となり得る。無線アダプタ230は、例えばフィールドデバイス200と、例えば、ネットワーク16上の別のデバイス、携帯型フィールドメンテナンスツールとの通信接続を可能し得る。
一実施形態では、フィールドデバイス200は、NFCタグ210を含む。NFCタグ210は、一実施形態では、パッシブNFCタグである。パッシブNFCタグ210は、関連する電源を有しないが、図3及び図4に関して以下で更に詳細に説明されるように、NFC接続を通じて、NFC結合デバイスから電力を得るように構成される。別の実施形態では、NFCタグ210は、アクティブNFCタグであり、電源240などの、フィールドデバイス200内の電源から電力を得るように構成される。
NFCタグ210は、例えば無線アダプタ230がまだ構成されないか又は不適切に構成される場合に、二次通信機構をフィールドデバイス200に提供することができる。
図3は、本発明の一実施形態に従ったNFC対応フィールドデバイスと相互作用する例示的な方法を示す。方法300は、例えば、無線フィールドデバイスをネットワークに初期接続するために有用であり得る。
方法300はまた、一実施形態では、無線プロセス通信ネットワーク上のフィールドデバイスへのアクセスを可能にするための安全な認証機構として有用であり得る。
ブロック310において、フィールドデバイスを、アクティブNFCトランシーバを有する無線ゲートウェイにNFC近接させる。一実施形態では、近接は、例えばブロック312に示されるように、NFC信号を受けることができる最大距離と定められる。
ブロック320において、無線フィールドデバイスと関連したNFCタグを、無線ゲートウェイ内のNFCトランシーバによって検出する。検出されるNFCタグは、アクティブNFCタグ322であっても、又は、別の実施形態では、パッシブNFCタグ324であってもよい。
ブロック330において、フィールドデバイスをネットワークに接続する。一実施形態では、携帯型フィールドメンテナンスツールと関連したNFCトランシーバが、フィールドデバイスと関連したNFCタグと通信で接続される。一実施形態では、NFC接続は、例えばネットワークキーをフィールドデバイスへ転送しフィールドデバイスの識別をネットワークへ転送することによってネットワークにフィールドデバイスを接続するように構成される。一実施形態では、NFC接続は、システムセキュリティを維持しながら、対称接続プロセスを必要とせずに、自動的にネットワーク接続キーを検索してフィールドデバイスへ転送する。一実施形態では、接続キーは、構成されるときにフィールドデバイスがネットワークへアクセスすることを可能にするネットワークアクセスキーを含む。一実施形態では、接続キーはまた、ネットワーク識別子を含む。フィールドデバイスを作動させることは、フィールドデバイスに接続キーを提供して、ネットワークに接続するようフィールドデバイスが構成されるように無線ゲートウェイに指示を提供することを含むことができる。
図4は、本発明の一実施形態に従った例示的な無線ゲートウェイを示す。無線ゲートウェイ400は、一実施形態では、図1に関して上記で説明されたゲートウェイ18と同様に機能することができる。無線ゲートウェイ400は、一実施形態では、IEC 62591などの無線プロセス通信プロトコルに従ってフィールドデバイス20a〜20iのうちのいずれか1つと通信するように構成された無線プロセス通信プロトコルモジュール410を含む。いくつかの実施形態では、無線プロセス通信モジュールは、Bluetooth402、Wi-Fi404、セルラー408、SAT412及び/又は別の適切な無線通信技術などの、追加的な無線通信プロトコルに従って通信するために追加的な要素又は電気回路を含むことができる。無線ゲートウェイ400はまた、例えばフィールドデバイス200を検出するように構成された、NFCトランシーバ430を含むことができる。一実施形態では、無線ゲートウェイ400は、ディスプレイ442及び入力機構444を有したユーザインターフェース440を含む。一実施形態では、入力機構444は一セットのキーを含む。ユーザインターフェース440は、一実施形態では、入力機構444を通じてユーザ入力を受け、例えばディスプレイ442を通じて指示を表示するように構成され得る。
無線ゲートウェイ400はまた、例えば、上記で述べた方法300のステップのうちの少なくともいくつかを実行するように構成された、制御装置420を含むことができる。例えば制御装置420は、フィールドデバイス200を検出するNFCトランシーバ430に基づいて、検出されたフィールドデバイス200がプロセス環境ネットワークにアクセスしなければならないことを確認し、及び無線通信プロトコルモジュール410を利用して、ネットワークから接続キーを検索し、NFCトランシーバ430を通じて接続キーをフィールドデバイス200に提供することができる。一実施形態では、制御装置420は、自動的に接続キーを検索して提供する。一実施形態では、接続キーを提供することに加えて、制御装置420は、他のネットワーク情報を提供することができる。例えば一実施形態では、制御装置420は、ネットワーク上で許容されるデバイスの「ホワイトリスト」に加えられるように、無線デバイスにネットワークIDを提供する。
追加的に、一実施形態では、NFC技術の使用が、書き込まれるか又は入力された接続キーを伴う複雑な接続プロセスを必要とせずに、ネットワークに対する複数のフィールドデバイスの各々の安全な接続を可能にする。一実施形態では、安全な接続は、ゲートウェイ400の直接見通し線にフィールドデバイス200を含む。一実施形態では、安全な接続は、ゲートウェイ400の極めて近接にフィールドデバイス200を含む。一実施形態では、安全な接続は、ゲートウェイ400の直接見通し線である極めて近接にフィールドデバイス200を含む。安全な接続によって、一実施形態では、フィールドデバイス200を、別のデバイスから接続キーを得ることなくネットワークに接続することが可能になる。
一実施形態では、方法300によって、携帯型フィールドメンテナンスツールを有するオペレータが、例えば、ネットワーク生成の接続キーをフィールドデバイスに、又は、例えば、フィールドデバイス情報をネットワークに転送する携帯型フィールドメンテナンスツール内のNFCトランシーバによってネットワークにフィールドデバイスを接続することが可能になる。一実施形態では、NFCトランシーバ430は、NFCタグ、例えばフィールドデバイス200と関連したNFCタグ210を検出するとすぐに自動的に接続情報を転送するように構成される。少なくとも1つの実施形態では、NFCトランシーバ430は、フィールドデバイス内のNFCタグ、例えばNFCタグ210へ接続して電力を提供するように構成される。
別の実施形態では、NFC接続は、携帯型フィールドメンテナンスツールによるアクセスを可能にするために携帯型フィールドメンテナンスツールからフィールドデバイスへログイン情報を提供するように構成される。アクセスは、例えば、フィールドデバイスの診断を実行するために必要であり得る。別の実施形態では、NFC接続は、フィールドデバイスが受けたプロセス変数測定値を指示する信号をフィールドデバイスから受けるように構成される。
図2へ戻ると、一実施形態では、フィールドデバイス200は、無線アダプタ230の無い有線フィールドデバイスとして最初に設置される。技術が改善されるたびに、フィールドデバイス200は、新しい無線通信機能を導入するために無線アダプタ230を改装設置することができる。一実施形態では、無線アダプタ230は、前もって設置されたフィールドデバイス200への設置のために追加導入される。このような新部品の追加導入は、フィールドデバイス200とネットワークとの間の通信可能な接続の増加、例えば無線通信、を可能にすることができる。例えば、無線アダプタ230は、例えばNFC、RF、IEEE 802.11b又は別の好適な無線通信プロトコルのうちのいずれかを使用して、フィールドデバイス200をネットワークに通信可能に接続するように構成され得る。一実施形態では、無線アダプタ230は、フィールドデバイス200内の既存の電子装置と接続するように構成され得る。
一実施形態では、無線アダプタ230は、例えば既に存在するフィールドデバイス200における設置の前にNFC技術を使用して、予め構成される。設置前に無線アダプタを予め構成する機能は、フィールドにおける追加的な接続プロセスを必要とせずに、無線アダプタが設置されるとすぐに、改装されたフィールドデバイス200がネットワークに接続することを可能にする。
無線アダプタ230は、一実施形態では、フィールドデバイス200内の設置ではなく、フィールドデバイス200への接続のために構成されて、米国特許8,929,948において説明されるように構築され得る。
図5は、本発明の実施形態に従った無線プロセス通信アダプタを構成する方法のフロー図である。方法500は、アダプタ230などの無線プロセス通信アダプタが、ゲートウェイ400などの無線ゲートウェイのNFC範囲にもたらされるブロック502から始まる。ブロック504に示されるように、パッシブ又はアクティブであり得る、無線プロセス通信アダプタにおけるNFCトランシーバを、ゲートウェイのNFCトランシーバと相互作用させて、無線プロセス通信アダプタが無線プロセス通信ネットワーク上で通信することを可能にするために十分な情報を交換する。このような情報としては、接続キーの提供、アクセス制御リストのアップデートなどを挙げることができる。次に、ブロック506で、無線プロセス通信アダプタを、フィールドデバイス200などのフィールドデバイスに物理的に接続する。フィールドデバイスは、典型的に、有線プロセス通信ループ又はセグメントに接続されることになり、その結果、無線プロセス通信アダプタは、ブロック504で構成された無線プロセス通信ループ又はセグメント上で無線で通信する機能を有線フィールドデバイスに提供する。ブロック508で、無線プロセス通信アダプタを接続させて、フィールドデバイスは、ブロック504で構成された無線プロセス通信ネットワーク上で通信する。
本発明が好ましい実施形態を参照にして説明されたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細において変更がなされてもよいことを当業者は認識するであろう。

Claims (18)

  1. フィールドデバイスを無線プロセス通信ネットワークに接続する方法であって、
    無線フィールドデバイスを無線ゲートウェイに近接させることと、
    無線ゲートウェイと関連したNFCトランシーバと無線フィールドデバイスと関連したNFCタグとの間の接続を確立することと、
    無線フィールドデバイスアクセス情報を交換するために無線ゲートウェイとフィールドデバイスとの間に近距離無線通信を生成することと、
    無線フィールドデバイスが無線プロセス通信ネットワーク上で通信することを可能にするために無線フィールドデバイスアクセス情報を使用することと、
    を含む方法。
  2. 無線フィールドデバイスアクセス情報が、無線ネットワークのための接続キーを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 接続キーが、無線ゲートウェイから得られる、請求項2に記載の方法。
  4. 接続を確立すること及び近距離無線通信を生成することが、無線ゲートウェイに通信可能に近接する無線フィールドデバイス上で自動的に完了する、請求項1に記載の方法。
  5. NFCタグが、NFCトランシーバから接続を通じて電力を得るように構成されたパッシブNFCタグである、請求項1に記載の方法。
  6. NFCタグが、無線フィールドデバイス内の電源から電力を得るように構成されたアクティブNFCタグである、請求項1に記載の方法。
  7. 無線プロセス通信ネットワーク上でフィールドデバイスと相互作用するように構成された無線ゲートウェイであって、
    フィールドデバイスと関連したNFCタグを検出しNFCタグへ接続するように構成されたNFCトランシーバと、
    フィールドデバイスと関連したNFCタグの検出に応じて、ネットワーク接続キーを検索し検索されたネットワーク接続キーをフィールドデバイスへ提供するように構成された通信要素と、
    フィールドデバイスと無線プロセス通信ネットワーク上で通信するための無線プロセス通信モジュールと、
    を含むゲートウェイ。
  8. 検出されるNFCタグが、アクティブNFCタグである、請求項7に記載の無線ゲートウェイ。
  9. 検出されるNFCタグが、NFCトランシーバとの接続を通じて電力を得るように構成されたパッシブNFCタグである、請求項7に記載の無線ゲートウェイ。
  10. 無線ゲートウェイを利用してネットワーク上で通信する方法であって、
    無線ゲートウェイと関連したNFCトランシーバによって、フィールドデバイスと関連したNFCタグを検出することと、
    フィールドデバイスに接続キーを提供することと、
    無線プロセス通信プロトコルを使用してネットワーク上でフィールドデバイスと通信することと、
    を含む方法。
  11. 接続キーをネットワーク上で受信する、請求項10に記載の方法。
  12. 接続キーをシステムホストコンピュータから受信する、請求項11に記載の方法。
  13. 接続キーをネットワークコンピュータから受信する、請求項11に記載の方法。
  14. 接続キーが、無線ゲートウェイによって生成される、請求項10に記載の方法。
  15. 無線ゲートウェイによって生成された接続キーが、ネットワーク上で別のデバイスにも提供される、請求項14に記載の方法。
  16. フィールドデバイスからデバイス識別指示を受信することを更に含む、請求項10に記載の方法。
  17. 接続キーが、ネットワーク上で携帯型フィールドメンテナンスツールに提供され、提供することが、携帯型フィールドメンテナンスツールがフィールドデバイスに接続キーを提供することを含む、請求項15に記載の方法。
  18. フィールドデバイスを無線プロセス通信ネットワークに接続する方法であって、
    無線ゲートウェイのNFC通信範囲に無線プロセス通信アダプタを置くことと、
    無線ゲートウェイと関連したNFCトランシーバと無線プロセス通信アダプタと関連したNFCタグとの間の接続を確立することと、
    無線プロセス通信ネットワーク上で通信するように無線プロセス通信アダプタを構成するために無線ゲートウェイと無線プロセス通信アダプタとの間に近距離無線通信を生成することと、
    無線プロセス通信アダプタを構成した後に、フィールドデバイスが無線プロセス通信ネットワーク上で通信することを可能にするためにフィールドデバイスに無線プロセス通信アダプタを物理的に接続させることと、
    を含む方法。
JP2018551297A 2016-03-31 2017-03-21 Nfc対応無線プロセス通信ゲートウェイ Pending JP2019517172A (ja)

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